Расчет на циклическую прочность: локальное превышение предела выносливости. Многоцикловая усталость.

[Jesse 978]

За прошедшее десятилетие (ухх, как же время летит!) уже были вопросы про локальные пластические деформации в статическом расчете и про локальные формы потери устойчивости.
В обоих случаях на все эти "локальности" можно подзабить. В первом случае у меня даже шаблонная фразочка есть, которую я в отчёты вставляю, ссылаясь на ГОСТ Р 57700.10-2018.

Цитата

Эти значения обусловлены так называемой сингулярностью напряжений ввиду характера приложения граничных условий и наличия острых углов, причём согласно п.5.6 [1] указанные напряжения можно проигнорировать после проведения соответствующей инженерной оценки.

Это всё хорошо. Но что у нас с цикликой?
К примеру, есть вал насоса, который в процессе работы изгибается. В валу есть шпоночные отверствия, всякие переходы вплоть до радиуса R=0.25 мм и прочая мелкая ересь, где развиваются большие напряжения, превышающие предел выносливости материала.. В то время как в основной толще материала напряжения на порядок меньше предела выносливости и там всё ок.
Как быть в этой ситуации? Ведь разрушение в процессе многоцикловой усталости происходит в результате зарождения и роста микротрещин. То есть по идее в этом радиусе R=0.25 мм трещинка пойдёт и разрушит весь весь вал за условные 10^12 циклов?

Или не разрушит? Если не разрушит, то как обосновать, что не разрушит?

С точки зрения физики/МДТТ мы знаем, что в статике у пластичного материала в малой области превысится предел текучести, появится небольшая область течения, и на этом всё. "Пластика" дальше не пойдёт. МОжно даже просчитать и проверить для успокоения души, что пластических шарниров не будет.

Но в многоцикловой усталости мы ничего расчетом проверить не можем как все эти "неприятные локальности" себя поведут за 10^12 циклов. Только кривые Веллера и т.п. Ну и результаты упругого расчета..

 

Какой эмпирико-нормативный опыт есть у человечества, чтоб показать, что разрушения и катастрофического роста трещины НЕ произойдёт за большое кол-во циклов, если в небольшом объеме материала по результатам упругого расчета напряжения превышают предел выносливости?

[Jesse 978]

19 минут назад, Orchestra2603 сказал:

Получается, что вырез примерно от 0 до 100 градусов дает lambda 0.4 - 0.5. Получается, что задача с вырезом и задача с трещиной в принципе подобны - поле напряжений в районе особенност имеет ту же самую функциональную зависимость. Одну задачу можно свести к другой. Т.е., выходит, что сам по себе такой вырез можн считать как некую приведенную трещину, и видимо даже исходя их формулы для КИНа можно посчитать эквивалентную длину такой трещины.

я кажется понял вашу мысль.. вы взяли два физических объекта - трещину и острый угол/вырез, и подвели их под "одну математику" КИНов. 
Всё законно по идее, главное чтоб физически рост трещины от угла происходил подобно росту трещины от трещины...
Будут ли механизмы разрушения подобны, даже если поле напряжений в области особенности подобны для эти двух случаев?

[AlexKaz 1,848]

Если речь про парк B-52 - так их немного, заказчик оплатит любой уникальный ремонт. И что в них менялось и капиталилось - публике не докладывают.

Edited June 5 by AlexKaz

[Борман 2,396]

24 минуты назад, Orchestra2603 сказал:

Интересно да. Если можете, посмотрите справочник Мураками, том.1., п.3.19 для нулевой глубины трещины. Очень даже интересный результат. Мысль я вашу понял. Может и сработает.

[Jesse 978]

2 минуты назад, AlexKaz сказал:

Если речь про парк B-52 - так их немного, заказчик оплатит любой ремонт.

Во-во. Дело как раз в ремонте. Заменяют по кускам "уставшую" обшивку, лонжероны и другие детали. 
У нас вон ТУ-95 тоже летает до сих. 50-х годов летающая крепость.

[Orchestra2603 241]

52 minutes ago, Jesse said:

да что меня смущает, что у нас ведь могут большие напряжения быть там где нет особенности. Например, в скруглении. Там упругие напряжения в МКЭ имеют сходимость

Ну, если особенности нет, то тогда соображения Бормана справедливы. Все модели типа Пэриса и другие fatigue crack growth считают, что есть какой-то дефект изначально взялся из движений и слияния дислокаций и т.п. Это и есть режим "А" на картинке. Т.е. все те микромеханизмы, которые протекают в материале до формирования трещины как какого-то обособленного геометрического объекта. И на этой стадии нет никакого стройного аппарата прогнозирования таких вещей.

 

Можно "придумать себе" какую-нибудь привдеенную особенность. Для определенного класса упругопластическиз задач, например, есть решениее Hutchinson-Rice-Rosengren (HRR), где на каком-то малом удалении от самой трещины можно аппроксимировать НДС, как некую сингулярность, и там раметры упрочнения матреиала снижают порядок сингулярности. Т.е. можно как бы аппроксимирость некоторые локально большие но ограниченные напряжения некой приведенной сингулярностью и тогда уже использовать аппарат механики разрушения. Это просто как вариант, как идея )).

[Jesse 978]

2 минуты назад, Orchestra2603 сказал:

и там раметры упрочнения матреиала снижают порядок сингулярности.

во во. Вспомнил кстати, что в малоцикловой усталости, которую ещё можно моделировать МКЭ, может быть такое что напряжения перестанут расти на определенном количестве циклов, то есть что-то типа такого

Может быть и в многоцикловой усталости тоже имеется какой-то хитрый физический механизм, когда напряжения в зоне трещины перестают расти и трещина сама тоже не растёт? Ну это так, гадание на кофейной гуще

[Борман 2,396]

10 минут назад, Orchestra2603 сказал:

И на этой стадии нет никакого стройного аппарата прогнозирования таких вещей.

Есть энергетические методы. Знакомый препод диссер писал на эту тему в начале 2000-х.

https://search.rsl.ru/ru/record/01002305302

Я даже пробовал считать по этой методе.

 

Другое дело, что при быстром вращении циклы набегают со скоростью света, и их считать - дело очень неблагодарное. Тут нужно "уходить" по абсолютным показаниям, если можно так по врачебному выразиться...

 

 

Вспоминаю вот кстати... кто смотрит на ютубе Негоду, может помните, у него вал однажды сломался, как раз в таком месте. Оказалось, что это он штатно сломался, чтобы при аварии развязать (ценой вала) оборудование с той и с другой стороны вала.

 

[Fedor 1,625]

Цитата

Четкого определения структурной модели не существует.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Модель    

Структурализм в философии перешел в постмодернизм, поэтому современные диссертации стоит называть постструктурные модели и использовать технологии шизоанализа :) 

А модели логично заменить на симулякры .   И актуально заниматься шизоаналитикой постструктурных симулякров :) 

Цитата

«симулякр — это псевдовещь, замещающая „агонизирующую реальность“ постреальностью посредством симуляции»^[4]. Говоря простым языком, симулякр — это изображение без оригинала, репрезентация чего-то, что на самом деле не существует.

Цитата

неограниченный семиозис симулякров в гиперреальности эпохи постмодернизма обречён на приобретение статуса единственной и самодостаточной реальности

  https://ru.wikipedia.org/wiki/Симулякр  .  Надо и в механике идти в ногу со временем :) 

Edited June 5 by Fedor

[ak762 323]

4 hours ago, AlexKaz said:

Для начала изменить ТЗ и не пытаться кичиться миллиардами часов безоварийной эксплутации.

Отметить в отчётной документации критический момент. По достижении этой точки дать рекомендации наблюдать за состоянием, снимать с себя ответственность, снимать изделие и обследовать, включая нарезание на образцы и исследовать кривые упрочнения; если надёжность сохраняется - продолжать эксплуатацию.

Все хотят думать, что МКЭ им даст гарантированный результат, не включая моск и практику. Нет практики? Остаётся наблюдать. Такая неписаная практика принята во всём мире.

 

на мой взгляд самая правильная стратегия 

 

3 hours ago, Jesse said:

То же касается и алюминевых пассажирский лайнеров , летающих по 30 лет. Как же объяснить, что всё стабильненько так работает?

глубокое заблуждение что лайнеры/механизмы летают/работают так долго сами по себе, там выстроена система которая согласуется с тем что @AlexKaz указал выше, после определенного налета часов самолет отправляется на АРЗ где производят дефектацию, замену и обслуживание всего что требуется и ресурс эксплуатации продляют на основании объективных данных, а не расчетов в МКЭ

 

[Борман 2,396]

8 минут назад, ak762 сказал:

глубокое заблуждение что лайнеры/механизмы летают/работают так долго сами по себе, там выстроена система которая согласуется с тем что @AlexKaz указал выше, после определенного налета часов самолет отправляется на АРЗ где производят дефектацию, замену и обслуживание всего что требуется и ресурс эксплуатации продляют на основании объективных данных, а не расчетов в МКЭ

 

Это все понятно, а как при проектировании назначить "критический налет" ? Все равно нужен  расчет, или испытания.

[Orchestra2603 241]

3 hours ago, Jesse said:

Может быть и в многоцикловой усталости тоже имеется какой-то хитрый физический механизм, когда напряжения в зоне трещины перестают расти и трещина сама тоже не растёт?

Это все очень высокие материи))) в литературе можно найти всяки еразные исхищрения. Есть какие-то модели усталостного роста через J-интеграл, есть через интенсивность высвобождения энергии, через критическое раскрытие трещины, где-то через всякие cohesive zone..  очень много всякого разного.

 

Например, оказывается (сам только что узнал), есть аналог R кривых для циклики. Т.е. оказывается, что даже в циклике когда трещина маленькая, по мере ее роста требуется все больше интенсивности высвобождения энергии G_с, чтобы она росла дальше. Отсюда собственно и берется crack arrest. Правда в какой-то момент этот эффект вроде бы пропадает. Прикрепил PDF.

Maierhofer, J., Kolitsch, S., Pippan, R., Gänser, H.-P., Madia, M., & Zerbst, U. (2018). The cyclic R-curve – Determination, problems, limitations and application. Engineering Fracture Mechanics, 198, 45–64.pdf

3 hours ago, Борман said:

Есть энергетические методы. Знакомый препод диссер писал на эту тему в начале 2000-х.

О, мы с вами что-то про это уже говорили 6 лет назад.: 

 Тяжело читается и вникается))  Да, это все про первый режим "A" на картинке

3 hours ago, Jesse said:

Будут ли механизмы разрушения подобны, даже если поле напряжений в области особенности подобны для эти двух случаев?

Очень хороший вопрос. Тогда, что нам остается, закатаем рукава и будем изучать динамику дислокаий в окрестности угла под рентгеном и электронным микоскопом  Тогда мы узнаем))

[Jesse 978]

2 часа назад, Борман сказал:

Это все понятно, а как при проектировании назначить "критический налет" ? Все равно нужен  расчет, или испытания.

да нет там никаких расчетов критического налета или испытаний. Есть опыт эксплуатации похожих судов или даже этого самого судна. В руководство записывают что когда менять, да и всё. Эмпирика чисто имхо тут.

Да и наверняка все тут летали на самолётах и замечали, что перед перед взлётом и после посадки тех. специалист осматривает самолёт. Как колёса поезда "обзванивают" на наличие трещин, он так же фонарём внимательно смотрит. Если чего не так, увидел излом - берут деталь заменяют после полёта.

1 час назад, Orchestra2603 сказал:

Очень хороший вопрос. Тогда, что нам остается, закатаем рукава и будем изучать динамику дислокаий в окрестности угла под рентгеном и электронным микоскопом  Тогда мы узнаем))

да. согласен. вся эта природа возникновения и роста микротрещин - чёрный ящик.
Я вообще надеялся мб в каком-нибудь справочнике Коллинза или даже нормативке про это чё то сказано. Но редко когда так везёт)

 

2 часа назад, ak762 сказал:

на мой взгляд самая правильная стратегия 

Господа! Это всё хорошо... но мы слегка отклонились от темы.
Так какую в итоге стратегию мне выбирать при расчёте?

Пока что вижу самый простой и надёжный вариант в лоб - чтоб хотя бы там где есть сходимость по упругим напряжениям, взять эти напряжения и их уже сравнивать с пределами выносливости (по идее это итак сильно в запас, т.к. как выше говорили испытания на усталость проводят с идеально гладкими образцами, а я смотрю напряжения в концентраторе).
 Там где сходимости нет - забиваем, или смотрим на средне-грубой сетке.

з.ы.: В мех. разрушения времени лезть нету) да и это, чувствую, только породит у заказчика массу иных вопросов...

Edited June 5 by Jesse

[AlexArt 281]

@Jesse, а ну отлично! Не знал, что ваши познания стали настолько высокими, что вам мало готовых методик и вы решили разработать новую. Удачи защитить её и опубликовать. С удовольствием почитаю.

[Борман 2,396]

14 часов назад, Orchestra2603 сказал:

О, мы с вами что-то про это уже говорили 6 лет назад.: 

Ну да, что-то я повторяться стал. Прям как Федор...

[Fedor 1,625]

Различие и повторение важнейшие концепты постмодернизма.   https://ru.wikipedia.org/wiki/Различие_и_повторение  :)

Несерьезно же в механике континуума отвергать сам континуум как пытаются в некоторых новомодных теориях прочности.  При реальном проектировании конструктор все равно будет  опираться на допускаемые напряжения или предельные состояния устраняя их превышения  :) 

Edited June 6 by Fedor

[Fedor 1,625]

Речь в теме о расчете, а не поиске новизны с актуальностью :) 

[Fedor 1,625]

https://metallurgicheskiy.academic.ru/2247/гипотеза_сплошности     Отказавшись от continuity  мы отказываемся и от  аппарата дифференциального и интегрального исчислений то есть от механики ... :)

[Jesse 978]

@Fedor Успокойтесь. Никто тут не собирается отказываться от теории сплошности

[Orchestra2603 241]

2 hours ago, Fedor said:

Несерьезно же в механике континуума отвергать сам континуум как пытаются в некоторых новомодных теориях

 

30 minutes ago, Fedor said:

отказавшись от continuity  мы отказываемся и от  аппарата дифференциального и интегрального исчислений то есть от механики ... :)

Соррян за оффтопик..

 

Федор, вы меня простите, пожалуйста... Я когда читаю ваши подобные сообщения, у меня четко перед глазами формируется образ такого совдеповского инженера, с очками в такой толстенной оправе, с логарифмической линейкой, цикрулем и большим таким холстом бумаги с чертежами, который начинает рабочий день под советский гимн и восславляет коммунистическую партию...

 

Всегда полезно быть открытым новому. Понимаю, что конечно хочется обратно в счастливую молодость, в те самые золотые годы, и возможно это вас как-то отталкивает от современных идей.

 

Некоторые вещи придумываются просто как результат гимнастики ума, это правда. Но это и не плохо. Кто-то кроссворды решает, кто-то придумывает мат мадели в надежде отловить какой-то эффект, превозойти то, что другие модели не могли. Может, этот эффект не особо влияет на глобальный порядок вещей, но из совокупности таких маленьких незначительных шажочков и строится научный прогресс. Так что я решительно против ваших попыток обесценить чьи-то амбиции попытаться выйти за рамки и попробовать что-то новое.

 

Да, и в принципе - это не самое плохое занятие на свете. К сожалению, часто людям доставляет удовольствие куда более бесполезные или даже вредные вещи.

[Fedor 1,625]

Цитата

образ такого совдеповского инженера, с очками в такой толстенной оправе, с логарифмической линейкой, цикрулем и большим таким холстом бумаги с чертежами

Спасибо. Эти парни сделали когда-то страну великой. Быть на них похожим это честь :) 

Цитата

решительно против ваших попыток обесценить чьи-то амбиции попытаться выйти за рамки и попробовать что-то новое

Лучшее новое это забытое старое,  считают постмодернисты. Амбиции без подходящей амуниции  знаний смешны :) 

" возможно это вас как-то отталкивает от современных идей" что за идеи имеете ввиду ?  :)